Релейний захист чутливість та її коефіцієнт

У вітчизняній практиці терміном «чутливість» прийнято позначати властивість релейного захисту, що дозволяє виявляти розрахункові види пошкоджень та ненормальних режимів енергосистеми у зоні дії релейного захисту.

У ПУЭ [1] поняття, що позначається терміном «чутливість» [2] використовують для характеристики будь-яких захистів, незалежно від напруги електроустановки, але визначення поняття, позначеного цим терміном у цьому документі немає.

Якщо чутливість деяких виробів можна визначити безпосередньо [1], то релейному захисті цю характеристику оцінюють опосередковано, причому спосіб оцінки залежить від напруги електроустановки [1].

Тут слід зазначити, що у багатьох інших країнах оцінку чутливості не проводять [3].

Згідно з ПУЕ для оцінки чутливості захисту в електроустановках напругою понад 1000 В застосовують коефіцієнт чутливості [4, 5, 6].

Значення коефіцієнта чутливості для захисту, що реагують на зростання контрольованої величини, знаходять як відношення їх розрахункових значень у межах зони, що захищається, до уставки спрацьовування.

Для струмових захисту лінії коефіцієнт чутливості в загальному випадку знаходять за формулою:

де - мінімальний струм короткого замикання для лінії, що захищається (зазвичай – в кінці ділянки, що захищається);

- Струм спрацьовування захисту.

Прийнято вважати, що у випадку такий захист працюватиме правильно, якщо виконується співвідношення:

Знайдене за цією формулою (1) значення коефіцієнта чутливості має бути не менше нормованого значення, встановленого в [1], і яке, залежно від виду захисту, може змінюватися від 1,5 до 2,0.

У [3] показано, що зазміні значення коефіцієнта чутливості від 1,2 до 1,4 ймовірність спрацьовування захисту незначно змінюється, від 0,998 до 1,000.

Розглянемо тепер, як рекомендують визначати коефіцієнт чутливості струмового відсічення в одній із методик розрахунку уставок (див. [4], приклад 2.1).

Для економії місця вихідні дані розрахунку наведено в експлікаціях до формул.

Розрахунок починають з визначення пускового струму електродвигуна I пуск ед за формулою:

I пуск ед = k пуск · I ном = 5,7 · 113,2 = 645 А

Де k пуск - каталожне значення пускового струму, що дорівнює 5,7 для асинхронного електродвигуна серії А4;

I ном – номінальний струм електродвигуна, визначений за відомими значеннями номінальної потужності, номінальної напруги, коефіцієнтів корисної дії та потужності або взятий з каталожних даних.

Пусковий струм може бути визначений і за наведеним у каталожних даних номінальним струмом електродвигуна.

Найменше значення струму двофазного КЗ на виводах електродвигуна знаходимо за формулою:

де - = 3500 - значення струму трифазного КЗ на введеннях живлення асинхронного електродвигуна в мінімальному режимі роботи системи (наведено у вихідних даних для розрахунку).

Струм спрацьовування струмового відсічення розраховують за формулою:

Коефіцієнт чутливості захисту при двофазному КЗ знаходимо за формулою (1), підставивши до неї знайдені значення:

З виконання розрахунків у методиці [4] зроблено висновок: «коефіцієнт чутливості ТО вийшов менше двох».

Чи можна говорити, що зменшення коефіцієнта чутливості всього на 7% (2,00-1,86=0,14; 0,14/2,00=0,07) порівняно зі значенням, зазначеним у ПУЕ, робить цей захист непридатним ?

Зазначимо, що якщо у формулі (5)буде використано розрахункове значення = 3031 А, замість округленого (3000) розрахункове значення коефіцієнта чутливості буде лише на 6% (3031/1612 = 1,88) менше значення, рекомендованого ПУЕ.

Приблизність такого підходу видно і в тому, що у формулі (4) умовою неспрацьовування ТО при пуску електродвигуна служить вибір множника, що дорівнює 2,5, що призводить до збільшення розрахункового струму і, в кінцевому результаті, зменшення коефіцієнта чутливості.

Якщо припустити, а потім досвідченим шляхом довести, що струмове відсікання не спрацьовуватиме при виборі уставки, що дорівнює 2,35 пускового струму електродвигуна, то значення коефіцієнта чутливості і при пусковому струмі 645 А задовольнятиме вимогам ПУЕ.

У аналізованій методиці замість зменшення множника у формулі (4) запропоновано аналогічну за своєю суттю дію – зменшення другого співмножника шляхом уточнення пускового струму електродвигуна [2].

Зазначимо, що в будь-якому випадку реальний пусковий струм електродвигуна залишиться невідомим, а всі висновки будуть ґрунтуватися на розрахунках, виконаних за каталожними даними електродвигуна.

У методиці запропоновано використовувати відому формулу (6) для знаходження пускового струму електродвигуна за знайденими розрахунковими шляхом опору системи живлення = 0,92 Ом і пускового опору електродвигуна = 5,37 Ом :

Струм спрацьовування струмового відсічення при такому значенні пускового струму складе

У цьому випадку значення коефіцієнта чутливості зростає до

Якщо вихідну формулу (5) поставити розрахункове значення струму А, то значення коефіцієнта чутливості зросте ще більше і дорівнюватиме 2,18.

Після отримання шуканого результату методики [4] зроблено висновок: «Коефіцієнт чутливостіТО вийшов більше двох, тому застосовувати диференційний захист не потрібно»

Висновок про такий висновок читач може зробити самостійно.

В електроустановках напругою до 1000 В для оцінки чутливості струмових захистів замість «коефіцієнта чутливості» ПУЕ передбачає іншу характеристику – кратність струму короткого замикання, що задається у відсотках щодо:

номінальному струму плавкою вставки запобіжника;
струму уставки автоматичного вимикача з максимальним розчіпувачем миттєвої дії;
номінальному струму розчіплювача з нерегульованою зворотнозалежною від струму характеристикою;
струму торкання розчіплювача з регульованою зворотнозалежною від струму характеристикою.

Значення кратності струму згідно з [1] залежно від типу апарату захисту може перебувати в діапазоні

Розділивши праву і ліву частину нерівності на 100%, можна переконатися, що по суті це трохи видозмінений спосіб завдання коефіцієнта чутливості.

Сказане вище дозволяє зробити такі висновки:

Використання терміна «чутливість релейного захисту», насамперед є даниною традиції, а поняття, яке позначається цим терміном, немає стандартизованого визначення.
Оцінка чутливості релейного захисту по-різному, залежно від напруги електроустановки, створює помилкове враження про відмінність понять, що позначаються різними термінами:
"кратність струму короткого замикання" (використовують в електроустановках напругою до 1000В);
"Коефіцієнт чутливості" (застосовують в електроустановках напругою понад 1000 В).
Нормування «коефіцієнта чутливості», а тим більше перевірка цього коефіцієнта при розрахунках уставокзахисту, багато в чому обумовлено властивостями застосовуваних раніше реле захисту і перенесено на цифрові пристрої без достатніх технічних обґрунтувань.

Література:

Правила влаштування електроустановок. М.: Головдерженергонагляд України, 1998, 608 с.
Чутливість // [Електронний ресурс «Все про релейний захист], Режим доступу: http://www.rza.org.ua/glossary/read/ChUVSTVITELNOST.html (Матеріал спочатку розміщено тут: http://maximarsenev.narod. ru/slovar2/chuvst.htm).
Шалін А.І. Надійність та діагностика релейного захисту енергосистем. Новосибірськ, видавництво НДТУ, 2002, 384 с.
Гондуров С.А., С.В. Михалєв, М.Г. Пирогов, А.Л. Соловйов. Релейний захист електродвигунів напругою 6-10 кВ термінал БМРЗ. Методика розрахунків. С-Петербург, ПЕІПК, 2013, 60 с.
Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейний захист енергетичних систем. М.: Вища школа, 1998, 800 м.
Коефіцієнт чутливості // [Електронний ресурс «Все про релейний захист], Режим доступу: http://rza.org.ua/glossary/read/KOEFFICIENT-ChUVSTVITELNOSTI.html
Що таке коефіцієнт чутливості захисту?

[1] Наприклад, у метрології чутливості засоби вимірювання знаходять як відношення зміни вихідного сигналу до зміни вимірюваної величини.

[2] Для отримання необхідного значення коефіцієнта чутливості пусковий струм не повинен перевищувати 600 А.